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一种新的基于从明暗恢复形状的月球表面三维形状恢复算法

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宇航学报 2009年第6期30卷 2265-2269页

作者：王国珲韩九强张新曼杨磊西安交通大学电子与信息工程学院西安710049 同济大学经济与管理学院上海200092

提出了一种新的基于从明暗恢复形状的月球表面三维形状恢复算法。首先,分析了在太阳光照条件下月球表面的成像模型,建立了基于Lunar-Lambert反射模型的图像辐照度方程。然后由图像辐照度方程建立相应的静态Hamilton-Jacobi方程,使用Lax-... 详细信息

提出了一种新的基于从明暗恢复形状的月球表面三维形状恢复算法。首先,分析了在太阳光照条件下月球表面的成像模型,建立了基于Lunar-Lambert反射模型的图像辐照度方程。然后由图像辐照度方程建立相应的静态Hamilton-Jacobi方程,使用Lax-Friedrichs sweeping方法逼近其粘性解,得到表面三维高度。最后通过对合成图像和实际月球图像进行三维形状恢复,实验结果表明提出的新算法可以有效地应用于月球表面的三维形状恢复。

关键词：从明暗恢复形状月球表面三维形状恢复 Lunar-Lambert反射模型 Lax-Friedrichs sweeping方法

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利用曲面逼近进行三维形状恢复

光学学报 2002年第5期22卷 552-555页

作者：许东夏良正杨世周东南大学自动控制系南京210096 电视电声研究所北京100015

通过对表面形状的平滑性约束 ,给出了一个关于表面深度和图像亮度的能量函数。并通过对预先给定的曲面进行调整使得这个能量函数达到极小值 ,来逼近实际的表面 ,从而恢复表面形状。这一方法同时利用了图像的局部和全局阴影 ,避免了只利... 详细信息

通过对表面形状的平滑性约束 ,给出了一个关于表面深度和图像亮度的能量函数。并通过对预先给定的曲面进行调整使得这个能量函数达到极小值 ,来逼近实际的表面 ,从而恢复表面形状。这一方法同时利用了图像的局部和全局阴影 ,避免了只利用局部或全局阴影所带来的误差。通过对合成图像以及实际图像进行的实验 ,证明该方法是行之有效的。

关键词：曲面逼近图像处理三维形状恢复阴影计算机视觉

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基于明暗信息的胶囊内镜图像三维形状恢复

山东大学学报（工学版） 2012年第6期42卷 63-68页

作者：付延安刘海英孟庆虎山东大学控制科学与工程学院山东济南250061 香港中文大学电子工程系

利用明暗恢复形状技术,将视频胶囊内镜二维图像的明暗信息重构小肠内腔表面的三维场景信息。针对传统的明暗恢复形状技术的约束条件,提出了一种针对胶囊内镜图像的预处理方法,利用预处理后的图像恢复出更为平滑的视觉场景,同时保留被检... 详细信息

利用明暗恢复形状技术,将视频胶囊内镜二维图像的明暗信息重构小肠内腔表面的三维场景信息。针对传统的明暗恢复形状技术的约束条件,提出了一种针对胶囊内镜图像的预处理方法,利用预处理后的图像恢复出更为平滑的视觉场景,同时保留被检查对象的结构信息。基于临床数据的实验结果表明,三维形状恢复技术可以增强胶囊内镜视频的可读性,提高小肠疾病的诊断准确率。

关键词：视频胶囊内镜三维形状恢复由明暗恢复形状自适应正则化参数最小化方法

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由单幅图像恢复三维形状的算法与应用研究

由单幅图像恢复三维形状的算法与应用研究

作者：徐镇强西安电子科技大学

学位级别：硕士

由图像进行三维形状恢复研究是计算机视觉的一个重要领域。目前,国内外已经发展了各种三维形状恢复技术。其中,从由单幅图象恢复三维形状是计算机视觉三维形状恢复的关键技术之一,其原理是利用单幅图像中物体表面的灰度明暗变化来恢复... 详细信息

由图像进行三维形状恢复研究是计算机视觉的一个重要领域。目前,国内外已经发展了各种三维形状恢复技术。其中,从由单幅图象恢复三维形状是计算机视觉三维形状恢复的关键技术之一,其原理是利用单幅图像中物体表面的灰度明暗变化来恢复表面各点的相对高度或表面法向等参数值,为进一步对物体进行三维重构奠定基础。该方法无须摄象机标定,简单易于实现,可用于各种其他三维测量方法难以应用的场合。目前单幅图像灰度明暗恢复三维形状的方法主要基于Lambertain反射模型。而Lambertain反射模型不能很好反映含有镜面反射的表面反射特性。本文首先分析了单幅图像灰度明暗恢复三维形状方法中常用的反射模型,并通过合成图像的实验说明各种反射模型的特点。针对基于偏向差分的由单幅图象明暗恢复三维形状的离散化算法在恢复的三维形状出现误差积累的缺点,采用中心差分近似偏导数,以混合反射模型建立了新的代数方程,由并平均形式的Newton迭代法和一般迭代方法求解目标方程。实验表明基于中心差分的离散化方法有效地克服了误差积累,提出的平均Newton迭代方法提高了三维形状恢复的准确度。最后,从成像模型的假设条件、算法设计,以及实验等方面研究了由单幅图象明暗恢复三维形状方法在月球表面三维重建中的应用。

关键词：三维形状恢复明暗恢复三维形状混合反射模型月球表面三维重建

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一种快速精确的人脸三维形状重构新方法

中国图象图形学报（A辑） 2003年第8期8卷 907-911页

作者：袁友伟湛含辉株洲工学院计算机系株洲412008 株洲工学院环保研究所株洲412008

针对传统 SFS(Shap from Shading)的不足 ,提出了一种新的基于 BP神经网络的明暗恢复形状的方法 ,该方法是基于兰伯特 (L am bertian)反射模型的改进算法 ,利用了 BP神经网络强的非线性映射能力 ,将 L ambertian表面反射模型与光滑表面... 详细信息

针对传统 SFS(Shap from Shading)的不足 ,提出了一种新的基于 BP神经网络的明暗恢复形状的方法 ,该方法是基于兰伯特 (L am bertian)反射模型的改进算法 ,利用了 BP神经网络强的非线性映射能力 ,将 L ambertian表面反射模型与光滑表面模型相结合 ,然后再利用一些已知条件 ,构成 SFS问题的正则化模型 ;变换不同的照明条件 ,将模型平移或旋转获得多幅图象 ,以增加约束条件 ;计算出误差补偿参数去修正邻域内的三维误差 .由于考虑了邻域的平均值 ,使算法的稳定性和精确性都得到了加强 .实例表明。

关键词： BP神经网络 Lambertian反射模型人脸识别三维形状恢复计算机视觉明暗恢复形状 SFS

基于单幅数字图像灰度三维物体形状表面恢复的研究

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基于单幅数字图像灰度三维物体形状表面恢复的研究

作者：李杨军华东交通大学

学位级别：硕士

三维物体形状恢复是计算机视觉领域中的一个经典问题,它是指利用客观事物的一幅或多幅二维灰度图像来推导出该物体三维表面形状信息的技术。它己在社会生产生活的各个领域显现出越来越不可忽视的地位和作用,尤其在农业、工业、国防、医... 详细信息

三维物体形状恢复是计算机视觉领域中的一个经典问题,它是指利用客观事物的一幅或多幅二维灰度图像来推导出该物体三维表面形状信息的技术。它己在社会生产生活的各个领域显现出越来越不可忽视的地位和作用,尤其在农业、工业、国防、医学、空间技术等领域,这种技术具有广泛的应用价值。明暗恢复形状方法SFS（Shape from Shading）技术是利用单幅或多幅图像中物体表面的明暗变化来恢复其表面各点的相对高度或表面梯度等参数,具有运算简单,适用范围广,使用灵活的优点,存在广阔的应用前景和价值,成为目前国内外相关领域研究的热点之一。论文详细介绍了SFS的原理,对目前国内外现有SFS算法进行了系统归纳总结,主要包括最小化方法、演化方法、局部方法和线性化方法。根据这四种算法所采用的不同假设,分析了它们的适用面,并对这四类算法的收敛速度、解的唯一性、解的存在性等方面进行了比较分析。针对传统SFS算法大多采用了不符合实际情况的苛刻假设条件,以及不合适地假设某些先验条件而得不到精确的、具有普适性的三维恢复结果,本文在已有SFS算法研究的基础上,进一步完善了基于单幅图像进行三维形状恢复的方法,主要是加入图像的预处理加工和光照参数估计的内容。该算法在分析图像预处理技术的基础上对与三维物体形状恢复算法相关的预处理技术进行了优化,包括图像平滑,图像分割以及数学形态学处理,以及对光源方向的偏角以及倾角的估计,然后根据朗伯体光照模型恢复出所需的三维信息。最后应用MATLAB编程实现基于单幅灰度图像进行三维物体表面形状的恢复。并且对三维物体表面形状恢复的结果进行了实例和精度分析。试验结果分析表明,利用本文提出的算法可以较好的实现三维物体形状表面恢复,实验结果验证了本文算法的有效性,真确性及其实用价值。

关键词： SFS技术图像预处理三维形状恢复

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基于单幅图像的三维形状复原技术研究

基于单幅图像的三维形状复原技术研究

作者：赵中滨西北农林科技大学

学位级别：硕士

基于二维图像的三维形状恢复技术是计算机视觉的前沿研究问题。明暗恢复形状是从单幅图像恢复物体三维形状的一种重要技术,其原理是建立三维曲面形状与图像灰度值之间的关系方程,经过求解方程来恢复三维曲面的深度信息。本文针对现有明... 详细信息

基于二维图像的三维形状恢复技术是计算机视觉的前沿研究问题。明暗恢复形状是从单幅图像恢复物体三维形状的一种重要技术,其原理是建立三维曲面形状与图像灰度值之间的关系方程,经过求解方程来恢复三维曲面的深度信息。本文针对现有明暗恢复形状算法的不足之处,提出了基于改进Phong光照模型的优化算法,主要研究内容如下:(1)明暗恢复形状技术中的光照模型和投影模型的研究。针对传统明暗恢复形状方法在光照模型存在的局限性,本论文系统的研究了现有常用光照模型的适用范围和不足之处,在此基础上提出了一种改进的Phong光照模型。采用Oren-Nayar反射模型代替Phong模型中的漫反射部分,避免了原有模型中采用朗伯体模型描述物体表面漫反射所带来的误差。针对传统明暗恢复形状算法中采用正交投影模型这一弊端,改用符合实际照相机成像关系的透视投影模型,建立更有效的辐照度方程。(2)数值算法研究。研究了正交投影下基于朗伯体模型SFS算法、透视投影下基于朗伯体模型的SFS算法,分析了两种算法求解辐照度方程的原理过程、算法的精度和时间复杂度。针对这些数值算法求解精度不高的问题,本文将Phong模型下建立的辐照度方程转换成包含深度信息的哈密顿-雅可比偏微分方程,同时引入高阶局部LF通量分裂格式和改进的五阶WENO格式求解HJ方程,优化了HJ方程的求解精度,进而有效地提高了明暗恢复形状算法的重构精度。为了验证本文所提基于改进Phong模型的优化SFS算法的有效性。分别以单幅合成图像和真实图像为例进行三维恢复,并将图像的重建结果与现有算法的恢复结果进行定量和定性对比。经过实验验证,证实了本文所提算法在视觉效果上有明显提高。与基于正交投影的算法相比,本文平均误差下降了62.2%;与同类算法相比,本文平均误差下降了30.7%。

关键词：三维形状恢复明暗恢复形状透视投影静态HJ方程

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透视投影下的镜面反射表面形状恢复新算法

西安交通大学学报 2009年第2期43卷 6-9,71页

作者：刘瑞玲韩九强西安交通大学电子与信息工程学院西安710049

针对含有镜面反射的表面形状恢复算法存在较大误差的问题,提出一种透视投影下基于Ward模型的从明暗恢复形状的新算法.首先假设光源处在相机的光心处,并引入光强衰减距离因子,用Ward模型建立含有强镜面反射的表面反射图方程,进而由反射... 详细信息

针对含有镜面反射的表面形状恢复算法存在较大误差的问题,提出一种透视投影下基于Ward模型的从明暗恢复形状的新算法.首先假设光源处在相机的光心处,并引入光强衰减距离因子,用Ward模型建立含有强镜面反射的表面反射图方程,进而由反射图方程构造透视投影下关于形状深度信息的偏微分方程,并用Lax-Friedrichs Sweeping方法和改进的非线性黏性因子求解该偏微分方程,得到表面三维形状.新算法具有准确可靠的特点,比同类算法更加稳定.对合成花瓶图像的实验表明,与基于正交投影的算法相比,新算法恢复高度的平均误差下降了13.5%.

关键词：透视投影三维形状恢复镜面反射

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一种含有镜面反射由明暗恢复形状的新算法

西安交通大学学报 2007年第4期41卷 435-438页

作者：杨磊韩九强西安交通大学电子与信息工程学院西安710049

提出了一种基于混合反射模型的由明暗恢复形状的离散算法.采用有限差分近似微分运算,将一阶非线性微分方程所描述的反射图方程转化为关于未知表面高度的代数方程,再由反射图方程和图像梯度信息构造目标方程,进而用Newton迭代算法求出该... 详细信息

提出了一种基于混合反射模型的由明暗恢复形状的离散算法.采用有限差分近似微分运算,将一阶非线性微分方程所描述的反射图方程转化为关于未知表面高度的代数方程,再由反射图方程和图像梯度信息构造目标方程,进而用Newton迭代算法求出该方程的数值解,得到表面三维形状.所提出的新算法具有快速准确的特点,在恢复物体的细节和边缘时,比同类算法更准确.合成半球图像的实验结果表明,与三角形面元算法相比,新算法恢复高度的平均相对误差和CPU运行时间分别减少了37.2%和20.22%.

关键词：三维形状恢复混合反射模型反射图方程